Щиты управления двигателями (ЩУД)

Назначение

Щиты управления двигателями (ЩУД) предназначены для автоматического или ручного управления электродвигателями работающими в сетях переменного тока 380/220В в длительном или кратковременном режиме. ЩУД применяются для управления насосами в системах водоснабжения и отопления, вентиляторами в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, а также в прочих системах где применяются асинхронные электродвигатели.

Варианты запуска двигателя

При эксплуатации асинхронных электродвигателей возникает необходимость ограничения пусковых токов для увеличения срока службы моторов. Ограничение величины пусковых токов осуществляется с помощью выбора той или иной схемы запуска электродвигателя.

На практике наиболее распространены следующие варианты пуска асинхронных электродвигателей:

• прямой пуск – это метод запуска двигателя, при котором он подключается напрямую к источнику питания без использования дополнительных устройств. В этом режиме двигатель получает полную номинальную мощность, но может испытывать высокий пусковой ток, что может привести к перегрузке электрической сети.
• пуск по схеме «звезда-треугольник»  – это способ запуска двигателя, при котором он сначала подключается к источнику питания в режиме звезды, а затем, после достижения определенной скорости, переключается на режим треугольника. Этот метод позволяет снизить пусковой ток и ограничить перегрузку электрической сети во время пуска.
• с помощью устройства плавного пуска (УПП) – это электронное устройство, основная функция которого заключается в плавном пуске и остановке электродвигателя. Оно используется для снижения резких токовых ударов при пуске двигателя, что помогает уменьшить нагрузку на электрическую сеть и продлить срок службы оборудования.
• с помощью частотного преобразователя (ПЧ) – это электронное устройство, которое позволяет изменять частоту питающей сети электродвигателя. Он используется для регулирования скорости вращения двигателя, что позволяет достичь более эффективной работы и экономии энергии. ЧП обеспечивает плавные пуск и остановку двигателя, а также позволяет контролировать его скорость и крутящий момент.

Запуск с помощью УПП

Устройства плавного пуска - это электронные устройства, используемые для плавного пуска асинхронных двигателей переменного тока. Они контролируют запуск путем постепенного увеличения напряжения
питания до номинального значения.

Поскольку ток двигателя пропорционален напряжению питания, устройство плавного пуска значительно ограничивает пусковой ток, а увеличение крутящего момента двигателя всегда адаптировано к ведомой нагрузке. Это позволяет избежать механических ударов и падения напряжения в сети.

Напряжение питания двигателя снижается за счет изменения угла фазы пуска (тиристор) до начального значения во время пуска и постепенно повышается до полного напряжения сети с помощью линейного темпа через заданные интервалы времени.

Плавный пуск и остановка берегут систему привода, обеспечивают плавную работу и минимизируют механические удары, тем самым значительно продлевая срок службы оборудования.

При использовании устройств плавного пуска напряжение питания на клеммах двигателя плавно увеличивается от напряжения сети до полного напряжения питания. При торможении происходит обратный процесс.

Щиты на основе устройства плавного пуска применяются для относительно несложных приводов, работающих с постоянной скоростью вращения: в насосном оборудовании, компрессорах, вентиляционном оборудовании и прочих агрегатах.

Основные задачи, которые решает УПП, это:

• понижение пускового тока
• защита от перегрузок
• защита от перегрева
• защита от потери фазы
• обеспечение плавности запуска и остановки двигателя
• уменьшение энергопотребления
• продление срока службы привода

Запуск с помощью ПЧ

Щиты на основе устройства ПЧ применяются, когда помимо плавного пуска и остановки электродвигателя необходимо обеспечить:

• изменение скорости вращения вала электродвигателя в соответствии с условиями его работы
• реверсирование, то есть изменение направления движения вала двигателя
• возможность реализации различных алгоритмов управления вращения двигателем

Использование частотного преобразователя в силовой цепи двигателя предоставляет очень широкие возможности по управлению двигателем, диагностике его неисправностей и неисправностей привода. Частотный преобразователь обеспечивает:

• плавный пуск и останов двигателя;
• контроль за нагрузкой в реальном времени: контроль напряжения на сборной шине и тока двигателя в целях обеспечения стабильного пуска и останова, быстрого отслеживания;
• защиту двигателя по температуре;
• значительная экономия энергии: меньше нагрузка на двигатель, выше КПД; повышение КПД двигателя за счет экономии энергии; двигатель работает с высоким КПД независимо от изменения нагрузки;
• слежение за скоростью: при перезапуске после возобновления подачи питания преобразователь частоты может определить направление вращения и скорость двигателя, после чего плавно продолжит работу;
• диагностику неисправности питающей сети:
• диагностику неисправности механического привода – по характеру нагрузки на двигатель.

По методу управления, ПЧ разделяются на скалярные и векторные.

Скалярное управление обеспечивает постоянство частоты вращения двигателя независимо от нагрузки, этот метод применяется для управления насосами и вентиляторами.

Векторное управление вычисляет взаимодействие магнитного поля ротора с магнитным полем статора, такой метод позволяет управлять крутящим моментом на валу двигателя, избегать провалов при пуске и гибко реагировать на различные ситуации в процессе работы. Эта система управления подходит для сложных производственных линий.

Сравнение "3" и "4". Преимущества и недостатки

Выбор УПП вместо ПЧ имеет в основном только экономическое обоснование. Перед выбором необходимо тщательно проанализировать условия работы электропривода, его цели и задачи, параметры питающей сети и другие факторы.

При помощи преобразователя частоты можно решить практически любые задачи(основные функции):

• контроль скорости,
• остановка постоянным напряжением при запуске,
• автоматическая регулировка напряжения;
• автоматическое ограничение тока;
• ограничение крутящего момента, определение частоты;
• управление частотой биения;
• восстановление после неисправности;
• управление частотой пропускания;
• работа на нескольких скоростях;
• экономия энергии при работе;
• регистрация неисправностей;
• управление режимом ожидания водяного насоса;
• ПИД-управление;
• ограничение повышенного напряжения;
• автоматическое усиление крутящего момента;
• и другие.

Для преобразователя частоты настройка – пожалуй, самый трудоемкий процесс. Без знаний и изучения инструкции здесь не обойтись. В зависимости от квалификации специалиста и требований к работе привода на настройку может понадобиться от получаса до нескольких часов.

Начинка шкафов

Шит управления двигателем представляет собой металлический шкаф навесного или напольного исполнения с дверью, закрываемой на замок.

Внутри шкафа расположена монтажная панель с коммутационно-защитной аппаратурой, шинами N и PE, клеммами и прочими элементами схемы управления.

На двери шкафа располагаются кнопки управления, лампы сигнализации и переключатели выбора режима управления. На двери могут также располагаться различные элементы управления и индикации в соответствии с набором дополнительных опций.

Микроклимат шкафов

В щитах с устройствами плавного пуска и частотными преобразователями на боковых стенках и/или двери устанавливаются вентиляционные решетки и вентиляторы. А так же обогреватели(отопители), они используются для предотвращения выпадения конденсата в шкафах при перепадах температуры, и, тем самым, препятствуют коррозии токоведущих шин и контактов устройств. Их степень защиты также соответствует степени защиты шкафа.

Сверху и (или) снизу шкафа предусмотрены сальниковые вводы для питающих и отходящих кабелей, кабелей управления и сигнализации. Сальниковые вводы выбираются в соответствии со степенью защиты шкафа и обеспечивают защиту от проникновения пыли и влаги в зоне ввода кабелей.

Варианты исполнения, расширения, опции

Для интегрирования ПЧ в существующую систему автоматики производства нужно предусмотреть дополнительные опции для контроля, защиты и управления. К ним относятся:

• пульты дистанционного управления (ПДУ) для доступа к управлению приводом на удобном и безопасном расстоянии
• входы для дискретных датчиков управления (реле сухого хода, реле давления, реле уровня и проч.)
• входы для аналоговых датчиков 4-20 мА (реле потока, реле давления);
• управление через последовательный интерфейс (RS-485)
• Счетчик моторесурса для отображения времени наработки электродвигателя
• Потенциометр настройки ПЧ для оперативной настройки параметра управления